ITU-R RAPPORT BT 2088 FRENCH-2006 Stereoscopic television《立体电视》.pdf

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1、 Rap. UIT-R BT.2088 1 RAPPORT UIT-R BT.2088 Tlvision stroscopique (2006) 1 Introduction Les systmes dimages stroscopiques permettent de donner une impression de relief sur un cran plat. Ils ont t conus pour le cinma, la tlvision et dautres utilisations comme limagerie mdicale. Il ne faut pas les con

2、fondre avec lholographie, qui ncessite des lasers et qui, dune manire gnrale, est incompatible avec les technologies existantes du cinma ou de la tlvision. En imagerie fixe, la stroscopie existe presque depuis linvention de la photographie au milieu du XIXe sicle. Concernant les images animes, elle

3、est prsente sur le march depuis les annes 1950. Les documents de lUIT-R sur la tlvision stroscopique comportent actuellement une Question en vigueur et une autre Question en cours dapprobation, deux Rapports et deux Recommandations: Question UIT-R 88/6 Evaluation subjective des images de tlvision st

4、roscopiques. Rapport UIT-R BT.312 Constitution dun systme de tlvision stroscopique (dernire mise jour: 1990). Ce Rapport dcrit brivement des techniques de reproduction dimages stroscopiques, numre les conditions ncessaires llaboration de systmes concrets de tlvision stroscopique, donne une liste de

5、documents de lex-CCIR sur le sujet et contient une brve bibliographie. Rapport UIT-R BT.2017 Tlvision stroscopique Profil multivues MPEG-2. Ce Rapport dcrit lAmendement 3 la norme de codage vido MPEG-2 (Recommandation UIT-T H.262/ISO/CEI 13818-2), approuv en 1996, permettant de coder des images stro

6、scopiques. Recommandation UIT-R BT.1198 Tlvision stroscopique base sur deux voies il droit et il gauche (1995). Cette Recommandation donne une brve (une seule page) liste de critres de compatibilit entre des signaux monoscopiques et stroscopiques pour la radiodiffusion et fait expressment mention de

7、s crans autostroscopiques dans les considrations. Recommandation UIT-R BT.1438 Evaluation subjective des images de tlvision stroscopiques (daprs la Question UIT-R 88/6 Evaluation subjective des images de tlvision stroscopiques, anciennement Question UIT-R 234/11). Cette Recommandation porte sur les

8、facteurs dvaluation, les mthodes dvaluation, les conditions dobservation, la slection des observateurs en fonction de leur vue et des images de test, comportant des images fixes et des squences animes. Il est temps de se pencher nouveau sur le sujet de limagerie stroscopique pour plusieurs raisons:

9、Les progrs techniques en matire de diffusion dimage ont entran le dveloppement de grands crans plats, un prix de plus en plus abordable. Ces crans constituent une plateforme idale pour divers systmes dimages stroscopiques. 2 Rap. UIT-R BT.2088 La technologie des ordinateurs personnels a encourag le

10、dveloppement de lunettes obturateurs LCD pour les jeux informatiques. Dsormais, ces lunettes se trouvent facilement et un prix abordable. Lavnement de la radiodiffusion numrique a entran une plus grande souplesse dans les formats de codage dimage. Cette souplesse permet davoir des images stroscopiqu

11、es prsentant une trs grande compatibilit monoscopique, contrairement aux images stroscopiques analogiques, dans lesquelles des artefacts sont gnralement visibles (image ddouble, papillotement, effet spectacle de marionnettes, etc.) et qui prsentent une compatibilit monoscopique limite. Les progrs en

12、 matire de gnration dimages par ordinateur permettent maintenant de produire des images stroscopiques de synthse trs dtailles presque aussi facilement que les images monoscopiques. 2 Vision stroscopique et parallaxe Les systmes dimages stroscopiques utilisent deux images, une seule tant prsente chaq

13、ue il. Pour que la parallaxe soit correcte, ces images doivent tre prises depuis des positions dont la distance est voisine de lcartement des yeux (environ 65 mm). La diffrence de point de vue depuis les deux positions permet de percevoir le relief lorsque le cerveau compare les deux images prsentes

14、 sparment lil droit et lil gauche. Lcartement troit entre les positions de prise de vue impose certaines contraintes aux appareils de prise de vue et aux objectifs. Dans certains cas, cela restreint les combinaisons possibles douverture et de distance focale. Le recours des miroirs permet toutefois

15、dattnuer ces problmes dans une certaine mesure. Cependant, il est actuellement impossible de procder un post-traitement des images stroscopiques pour modifier leur parallaxe. Il appartient donc la fois au concepteur et loprateur de lappareil de prise de vue de tenir compte des effets de parallaxe en

16、 permanence. En production dimages 3D, on fait souvent varier la parallaxe pour raliser des effets spciaux. Avec la parallaxe classique, limage stroscopique apparat derrire lcran. On peut toutefois inverser la parallaxe en permutant les images droite et gauche pour faire apparatre limage devant lcra

17、n, auquel cas il en rsulte des distorsions dimage. On peut aussi accentuer la parallaxe en faisant varier la distance entre objectifs pour renforcer ou rduire le relief apparent. La parallaxe pose problme pour les images macro en gros plan car la distance focale peut tre comparable lcartement des ye

18、ux, voire plus petite. Il peut sensuivre des effets dsagrables en raison de la faible profondeur de champ et/ou du chevauchement insuffisant de limage prsente lil gauche et de celle prsente lil droit et/ou des grands angles forms par lobjet visualis et les positions de prise de vue. Pour rsoudre ce

19、problme, on peut dlibrment dformer la parallaxe en mode macro en rduisant la distance entre objectifs sur lappareil de prise de vue. On peut aussi courber les trajets optiques pour accrotre le chevauchement des images. Cette technique est couramment utilise en stromicroscopie. Etant donn que la para

20、llaxe donne non seulement des informations de profondeur mais aussi des informations dchelle, un effet secondaire de cette dformation de la parallaxe est que limage est donne une chelle peu raliste, apparaissant beaucoup plus grande que sa taille relle. Cela permet de raliser des effets spciaux, que

21、 le cerveau peut compenser car il sait quil utilise un systme de visualisation artificiel. Rap. UIT-R BT.2088 3 3 Compatibilit Gnralits Tout comme il est souhaitable que la vido couleur soit compatible avec la vido monochrome, il est souhaitable que la vido stroscopique soit compatible avec la vido

22、monoscopique classique. La plupart des premiers systmes vido stroscopiques ntaient pas vraiment compatibles avec les systmes vido classiques et les images taient floues et/ou papillotaient lorsquon les visualisait sur un cran normal. Cette question est aborde plus en dtail pour chaque technique stro

23、scopique. 4 Techniques et technologies daffichage La stroscopie existe depuis bien plus dun sicle et son origine remonte aux travaux de Wheatstone et Brewster sur limagerie statique dans les annes 1830. Comme les principales technologies utilises pour les images animes stroscopiques faisaient interv

24、enir une sparation des images par couleurs, les systmes dimages animes stroscopiques nont commenc tre dvelopps quaprs la deuxime guerre mondiale lorsque lutilisation de films vierges en couleur sest gnralise. Un certain nombre de systmes sont utiliss commercialement pour la visualisation dimages ani

25、mes stroscopiques. La plupart de ces systmes, lexception notable des systmes multiplexage temporel et des systmes utilisant leffet Pulfrich, sont dvelopps partir de techniques de photographie (image fixe) stroscopique, savoir lanaglyphe chromatique, lanaglyphe par polarisation et lanaglyphe intgr. 4

26、.1 Ecrans distincts 4.1.1 Visiocasque Limage pour lil droit et limage pour lil gauche peuvent tre prsentes sur des crans distincts ports sous forme de lunettes. Ces visiocasques ont t utiliss dans les premiers jeux vido de ralit virtuelle. Toutefois, ces crans et les images associes suivent les mouv

27、ements de la tte, ce qui peut tre dconcertant, et en raison de la petite taille des crans, la rsolution est limite. La technique nest pas vraiment adapte une visualisation collective. 4.1.2 Ecrans cte cte avec lunettes prismatiques On peut aussi utiliser des crans distincts une certaine distance sou

28、s rserve que les trajets optiques jusquaux yeux sont convenablement courbs par des lunettes miroirs ou prismes. Cette technique exige que le spectateur dplace sa tte le moins possible, ce qui peut tre assez fatiguant. 4.2 Systmes daffichage danaglyphes Les systmes daffichage danaglyphes superposent

29、deux images pour nen former quune seule puis les sparent par filtrage optique au moment de leur visualisation. 4.2.1 Sparation par filtres colors (anaglyphe chromatique) Toute combinaison de couleurs qui sexcluent mutuellement peut tre utilise pour laffichage danaglyphes chromatiques. Pour que les c

30、ouleurs soient compltement restitues sur limage recombine par le cerveau, il faut utiliser des couleurs complmentaires pour lil gauche et lil droit: rouge/cyan, vert/magenta ou bleu/jaune. Par convention, on utilise le rouge et le cyan, car cette combinaison prsente une caractristique simple de long

31、ueurs donde passe-bas/passe-haut. Pour la combinaison vert/magenta, la correspondance des valeurs de luminance est meilleure (voir le Tableau 1), mais la caractristique coupe-bande/passe-bande ncessaire est plus difficile reproduire de faon prcise et cohrente. 4 Rap. UIT-R BT.2088 TABLEAU 1 Valeurs

32、de luminance et rapports de luminances des couleurs complmentaires utilises pour la reprsentation danaglyphes (utilisation de la colorimtrie PAL/SECAM/NTSC/SDTV) Couleur 1 Couleur 2 Rapport de luminances Rouge Cyan Y = 0,299 Y = 0,701 2,34 Vert Magenta Y = 0,587 Y = 0,413 1,42 Bleu Jaune Y = 0,114 Y

33、 = 0,886 7,77 Les filtres colors sont utiliss au moment de la prise de vue au moyen de deux appareils distincts. Les deux images sont ensuite mixes et prsentes sous la forme dune seule image pour la visualisation. Les deux parties de limage sont ensuite spares en deux images destines respectivement

34、lil gauche et lil droit par des lunettes avec des filtres rouge/cyan. Le spectre de transmission combin de ces deux filtres est proche de la lumire blanche. Il sagit de la technique stroscopique la plus ancienne et la meilleur march pour les images animes et il existe de trs nombreuses images dans c

35、e format. La mise en uvre de cette technique est aise aussi bien pour le cinma et pour la tlvision, mme si le ralisme de limage est rduit par le fait que les informations de couleur reues par chaque il sont incompltes. En effet, chaque il ne reoit quune partie des couleurs. Mais cette technique prse

36、nte les avantages suivants: un seul projecteur de cinma ou cran de tlvision est ncessaire et la sparation des images pour le spectateur est passive et ne ncessite donc ni nergie, ni circuits, ni synchronisation, ni distribution. 4.2.2 Anaglyphe par polarisation ou vectographe Ce procd est analogue a

37、u procd utilisant des filtres colors ceci prs que la sparation des images repose sur la polarisation de la lumire +45 pour lil droit et 45 pour lil gauche. Ce systme a t brevet pour la projection dimages fixes avant 1900 McKay, 1953, a t utilis pour la premire fois au cinma dans les annes 1950 par A

38、rch Oboler et a t utilis jusquen 1990 dans les cinmas IMAX. Chaque il recevant une image au spectre complet, ce systme offre un ralisme suprieur celui offert par le systme des filtres colors mais il na jamais t largement adopt. En effet, des projecteurs spciaux tant ncessaires, ce systme ntait pas r

39、entable pour un grand nombre de petits cinmas. Si ce systme a lavantage dtre passif, ncessitant uniquement le port de lunettes polarises par le spectateur, la technique est difficile mettre en uvre dans un systme de tlvision. 4.2.3 Anaglyphe lenticulaire/intgr (autostroscopie) Dans le systme danagly

40、phe lenticulaire, deux images sont affiches simultanment dans des bandes verticales entrelaces. Un rseau lenticulaire lentilles cylindriques plac sur lcran focalise les deux images sparment une distance voisine de lcartement des yeux. Dans ce systme, il faut bien placer sa tte pour obtenir leffet st

41、roscopique. Ne ncessitant pas le port de lunettes spciales, ce systme est dit autostroscopique. Rap. UIT-R BT.2088 5 4.3 Effet Pulfrich Utilisant des lunettes avec un verre teint (il gauche) et un verre non teint (il droit), ce systme repose sur le fait que le cerveau met plus de temps recevoir lima

42、ge sombre. Leffet est principalement observ sur des images comportant des mouvements horizontaux, de gauche droite dans le cas dcrit. Le systme a lavantage dtre compatible avec les crans monochromes mais a linconvnient de ncessiter des mouvements horizontaux dans limage pour crer leffet de relief. A

43、ucune mise en uvre commerciale de ce systme nest connue. 4.4 Multiplexage temporel Ce systme envoie squentiellement les images lil gauche et lil droit. Ces images sont spares pour le spectateur grce des lunettes actives dotes dobturateurs alternatifs synchroniss, gnralement de type LCD. Utilis dans

44、les cinmas IMAX depuis 1990, ce systme est aussi utilis dans des jeux informatiques et peut tre utilis pour la tlvision. On peut toutefois observer un papillotement dans les images produites par cette technique en raison de la faible frquence de rafraichissement (12 images/s pour le cinma standard,

45、12,5-15 images/s pour la tlvision entrelacement). La technique fonctionne nettement mieux aux frquences de rafraichissement plus leves utilises en balayage progressif. 5 Codage numrique des images stroscopiques et compatibilit monoscopique Le codage dune image diffrente pour chaque trame dune image

46、entrelace ou pour chaque trame dune image balayage progressif pose des problmes de rduction des donnes pour les systmes de codage numrique. Comme limage pour lil droit et limage pour lil gauche peuvent tre trs diffrentes, en particulier pour les gros plans, la rduction des donnes dcoulant du codage

47、de la diffrence entre les images est nettement amoindrie. Une reconfiguration de ces systmes base sur une sparation du signal en deux flux distincts (il gauche et il droit) permet toutefois dobtenir une meilleure efficacit. Cette configuration, dcrite dans le Rapport UIT-R BT.2017, a t ajoute dans la norme de codage vido MPEG-2. 6 Formats de production stroscopique Si la prsentation stroscopique ncessite un systme daffichage sp